TRANSFORMADORES 

Bernardo Costa da Silveira; Luiz Gustavo Silva; 

RESUMO: Este artigo apresenta os principais aspectos relativos aos transformadores, abordando aspectos da parte construtiva, os tipos de ligações, bem como o funcionamento e mostrando algumas das principais aplicações para este dispositivo eletroeletrônico tão importante e necessário não só para estudantes de engenharia elétrica, como para o sociedade. PALAVRAS-CHAVE: transformador. ferromagnético. núcleo ____________________________________________________________ 

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1 INTRODUÇÃO Transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito à outro, transformando tensões, correntes e ou de modificar os valores das Impedância elétrica de um circuito elétrico. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz. O transformador consiste de duas ou mais bobinas ou enrolamentos e um "caminho", ou circuito magnético, que "acopla" essas bobinas. No caso dos transformadores de dois enrolamentos, é comum denominá-los como enrolamento primário e secundário, existem transformadores de três enrolamentos sendo que o terceiro é chamado de terciário. Transformadores de potência são destinados primariamente à transformação da tensão e das correntes operando com altos valores de potência, de forma a elevar o valor da tensão e conseqüentemente reduzir o valor da corrente. O transformador é constituído de um núcleo de material ferromagnético, como aço, a fim de produzir um caminho de baixa relutância para o fluxo gerado. Geralmente o núcleo de aço dos transformadores é laminado para reduzir a indução de correntes parasitas ou de corrente de Foucault no próprio núcleo, já que essas correntes contribuem para o surgimento de perdas por aquecimento devido ao efeito Joule. Em geral utiliza-se aço-silício com o intuito de se aumentar a resistividade e diminuir ainda mais essas correntes parasitas. Transformadores também podem ser utilizados para o casamento de impedâncias, que consiste em modificar o valor da impedância vista pelo lado primário do transformador, são em geral de baixa potência. Há também, alguns com núcleo ferromagnético, outros sem núcleo, ditos transformadores com núcleo de ar, e ainda aqueles com núcleo de ferrite. 

2 CARACTETERÍSTICAS CONSTRUTIVAS Existem diversos tipos de núcleos para transformadores perante ao aspecto construtivo, para melhor entendimento eles podem ser classificados de

diversas maneiras. 

2.1 MATERIAL DO NÚCLEO Os transformadores são construídos com núcleo de material ferromagnético possuem, além de alta permeabilidade magnética, uma resistividade elétrica relativamente elevada e uma indução residual relativamente baixa quando submetido a uma magnetização cíclica. Essas propriedades implicarão em baixa relutância e, portanto, em pequena absorção de corrente magnetizante e de potência relativa de magnetização, baixas perdas por correntes parasitas e baixa perda por histerese magnético. Os aços-silício são os materiais ferromagnéticos que satisfazem as exigências dos núcleos desses transformadores. Nos transformadores maiores, onde se exige bom rendimento, as lâminas são de aço-silício de grãos orientados, que além de alta permeabilidade quando excitados no sentido da laminação, apresentam baixíssimas perdas magnéticas especificas. O núcleo, também pode ser de ar, porém o ar confere uma característica linear ao circuito magnético do transformador, e não apresenta perdas magnéticas, porém apresenta grande relutância, e, conseqüentemente, necessita de maior força magneto motriz de excitação. Se a permeabilidade relativa dos transformadores com núcleo de aço-silício é da ordem de alguns milhares, para os valores de densidade de fluxo utilizadas nos transformadores, um milímetro de entreferro num núcleo pode equivaler a metros de material ferromagnético, no que diz respeito a forca magneto motriz de excitação. Portanto, com núcleos de ar, a corrente magnetizante poderá ser relativamente elevada, a menos que o enrolamento possua uma grande quantidade de espiras, ou seja, excitado com freqüência elevada, para que ofereça à fonte uma grande reatância. Por essa razão e pelo fato de as perdas magnéticas nos materiais ferromagnéticos crescerem mais do que proporcionalmente com a freqüência, os núcleos de ar ficam restritos quase que exclusivamente a pequenos transformadores de freqüências mais elevadas que as industriais. 

2.2 QUANTO AO NÚMERO DE F ASES Um transformador pode ser alimentado por mais de uma tensao e sao assim classificados por monofásicos ou trifásicos. Os monofásico são transformadores que apresentam somente uma fase na tensão de entrada. E tem apenas uma fase na saída. 

Figura 1 – Transformador Monofásico Fonte: KHCK Já os transformadores trifásicos, podem-se utilizar o agrupamento de três transformadores monofásicos. Os três enrolamentos primários serão alimentados pelo sistema e agrupados em estrela ou triângulo. Dos três enrolamentos secundários que também são interligados em estrela ou triângulo sai a linha trifásica apresentando um defasamento esperado de 120º. 

Figura 2 – Transformador Trifasico Fonte: KHCK 

2.3 Quanto ao tipo de núcleo Para se reduzir perdas e aumentar o rendimento dos transformadores os tipos de núcleo podem ser classificados como laminados, contínuos e torodais. Os laminados, são núcleos compostos por chapas de material ferromagnético com espessura entre 0,25 e 0,5mm, com as laminas isoladas, normalmente pelo próprio oxido da laminação siderúrgica, e prensadas para formar o núcleo, com o intuito de atenuar as correntes induzidas no núcleo e, portanto, atenuar as perdas Foucault. Podem ser dispostos de diversas formas. E-I, E-E U-I, que indicam o tipo de lamina que será usado. Figura 3 – Núcleo Laminado na forma E Fonte: AUDIOPT Os contínuos, são núcleos que apresentam elevada permeabilidade magnética, acarretando em elevadas perdas. São utilizados apenas em circuitos que operam em alta freqüência. Já os torodais, tem a forma fechada do anel elimina as aberturas de ar inerentes na construção de um núcleo E-I. As bobinas primarias e secundárias são enroladas de maneira concêntrica para cobrir a superfície inteira do núcleo, minimizando o comprimento do fio necessitado, e fornece também a seleção para minimizar o campo magnético do núcleo de gerar interferência eletromagnética 

Figura 4 – Núcleos Toroidais Fonte: Desconhecida 

2.4 Tanque O tanque do transformador, além de ser o recipiente que contém as partes ativas, isoladores, e óleo, é o elemento que transmite para o ar, o calor produzido pelas perdas. O formato do tanque varia de redondo para os transformadores de distribuição cuja potência máxima é da ordem de 150 KVA, a oval e retangular para os transformadores de média e grande potências. 

2.5 Enrolamentos Os enrolamentos são constituídos de fios de cobre, de seção retangular ou circular, isolados com esmalte ou papel. Os enrolamentos de Baixa Tensão (BT) e Alta Tensão (AT) normalmente são concêntricos, onde a BT ocupa a parte interna e a AT a parte externa, sendo estes fracionados em bobinas de menor número de espiras, chamadas, por motivo de isolação, facilidade de manutenção e retirada das derivações para conexão. 

3.TIPOS DE TRANSFORMADOR 

Existem vários tipos de transformadores, dente eles, pode–se destacar o auto-transformador que é um transformador cujos enrolamentos primário e secundário coincidem parcialmente, os acessos ao primário e ao secundário são coincidentes ou com as extremidades ou com pontos intermédios do enrolamento, sendo um dos terminais do primário sempre coincidente com um dos do secundário. O auto-transformador é do tipo redutor quando o número de espiras do secundário é inferior ao do primário e do tipo elevador no caso contrário. Uma das consequências da coincidência parcial entre os enrolamentos do primário e do secundário é a perda de isolamento galvânico entre as bobinas. No entanto, o auto-transformador apresenta um vasto conjunto de vantagens face aos transformadores comuns, designadamente no que respeita ao seu custo (um único enrolamento e, em certos casos, com condutores de menor secção), ao volume, à queda de tensão e ao rendimento (menores perdas nos enrolamentos). Um outro tipo, são os transformadores com múltiplos enrolamentos, quem podem ser construídos com múltiplos enrolamentos primários ou secundários. Os enrolamentos encontram-se acoplados uns aos outros através de um núcleo magnético comum, sendo em geral todos eles sede de fluxo magnético e de força electro-motriz induzida. Há também os transformadoes de medida, que destinam-se a efetuar a redução das grandezas tensão ou corrente elétrica em redes de transporte e distribuição de energia elétrica. Destaca-se também os do tipo transformadores de sinal, que são utilizados na transformação de resistências em aplicações áudio e na adaptação de impedâncias em amplificadores sintonizados de frequência intermédia e rádio-frequência em receptores de telecomunicações. Já os transformadores de potência, visam essencialmente a elevação ou redução da tensão de transporte, distribuição e de consumo em redes de energia elétrica. 4. TIPOS DE LIGAÇÃO TRIFÁSICOS Os transformadores trifásicos tem as mesmas funções que os monofásicos, ou seja,abaixar e elevar a tensão. Mas trabalham com três fases , ao invés de apenas uma como os monofásicos. E possuem diferentes tipos de ligações entre os enrolamentos. Dentre as ligações destacam-se a Ligação em estrela a qual e há menor isolamento. 

Figura 5 – Ligação Estrela Fonte: Desconhecida 

Uma outra forma existente dos enrolamentos é a ligação em triângulo, onde os condutores tem uma menor secção e : 

Figura 6 – Ligação triângulo Fonte: Desconhecida 

E há também a ligação em zig-zag, uma forma utilizada mais recentemente, onde há fluxos com sentidos contrários, permitindo desequilíbrio de cargas e

pressupõe a partição de cada um dos três enrolamentos em dois semi-enrolamentos. 

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Figura 7 – Ligação triângulo Fonte: Desconhecida 

5. EXEMPLOS DE APLICAÇÕES Diante do apresentado sobre transformadores, pode-se ver uma vasta possibilidade de aplicações. A seguir, alguns dos exemplos mais importantes: Transformador de alimentação é usado em fontes, convertendo a tensão da rede na necessária aos circuitos eletrônicos. Transformador de áudio usado em aparelhos de som a válvula e certas configurações a transistor, no acoplamento entre etapas amplificadoras e saída ao alto-falante; Transformador de distribuição encontrado nos postes e entradas de força em alta tensão (industriais), são de alta potência e projetados para ter alta eficiência (da ordem de 99%), de modo a minimizar o desperdício de energia e o calor gerado. Podendo ser monofásico ou trifásico Transformadores de potencial encontrado nas cabines de entrada de energia, fornecendo a tensão secundária de 220V, em geral, para alimentar os dispositivos de controle da ; Transformador de corrente usado na medição de corrente, em cabines e painéis de controle de máquinas e motores. Transformador de RF empregam-se em circuitos de rádio-frequência (RF, acima de 30kHz), no acoplamento entre etapas dos circuitos de rádio e TV. Transformadores de pulso usados no acoplamento, isolando o circuito de controle, de baixa tensão e potência, dos tiristores, chaves semicondutoras, além de isolarem um tiristor de outro (vários secundários). Autotransformadores muito usados em chaves de partida compensadoras, para motores (circuitos que alimentam motores com tensão reduzida fornecida pelo autotransformador, por alguns segundos, reduzindo o pico de corrente durante a aceleração) e em estabilizadores de tensão. Essas são algumas das mais importantes aplicações dos transformadores, dentre várias outras. 

AGRADECIMENTOS Bernardo Costa da Silveira e Luiz Gustavo Silva agradecem ao Professor de Conversão de Energia pela oportunidade do conhecimento adquirido e pelo apoio em uma das principais matérias do curso. 

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________________ REFERÊNCIAS 

Zanchet, Ederson; Apostila Transformadores – FAG – Faculdade Assis Gurgacz, Cascavel, 2010, 23p. 

Paiva, Edu; Apostila Máquinas Elétctricas -15p

Desconhecido; Apostila Ligações Trifásicas – 5p. 

Martigoni, Alfonso; Transformadores.: Ed. Globo, São Paulo, 1969, 307 p.